JP2004136366A - 実質的に非変形の工具ホルダはりを備える曲げプレス機 - Google Patents

Abstract

【課題】工具ホルダはりの一方又は両方のたわみ変形をごく僅かな値に低減する曲げプレス機を提供する。
【解決手段】曲げプレス機は、固定支持構造１１と、開放位置と閉鎖位置との間で互いに移動可能な第１及び第２の工具ホルダユニット１２，１３と、記工具ホルダユニット１２，１３間の相対移動を指令可能で、固定支持構造１１と工具ホルダユニット１２，１３の少なくとも一方との間に曲げ力を印加するアクチュエータ手段１４とを備える。工具ホルダユニット１２，１３の少なくとも一方は、反力構造１５と、曲げ工具を支持するようになっている精密構造１７と、精密構造１７と反力構造１５の間に配置され、曲げ荷重の影響下で反力構造１５に対する精密構造１７の移動を許可し得る弾性手段１９とを備える。
【選択図】図１

Description

　本発明は、主たる請求項の前段に係る曲げプレス機に関する。

　公知の曲げプレス機は、通常、固定支持構造と、開放位置と閉鎖位置との間で互いに移動可能な第１及び第２の工具ホルダユニットと、前記工具ホルダユニット間の相対移動を制御し、前記固定支持構造と前記工具ホルダユニットの少なくとも一方との間に曲げ力ないしは曲げ荷重を印加するアクチュエータ手段とにより構成される。

　曲げ作業中、同一の曲げプレス機の工具ホルダユニットは、曲げ荷重の作用下でたわみ変形する。この変形の程度は、曲げ荷重と、プレス機のジオメトリー（geometry）、特に剛性、及び工具ホルダユニットと固定支持構造の間の連結拘束に依存する。工具ホルダユニットの変形は曲げ作業における精度低下の主たる要因である。曲げプレス機の製造業者は、荷重下で工具ホルダユニットの変形を制御できるシステムの開発に特別な関心を払ってきた。このシステムの目的は２つの工具ホルダユニットの変形した輪郭の差を最小にすることにある。工具ホルダユニットの荷重下での変形に起因する曲げの不正確さを低減するための既知の装置は、以下の２つのカテゴリーに分類される。

　１）能動型装置（active devices)
　これら装置では、曲げ工具を支持するはりの一方又は両方の輪郭の変形に変化を与える数値制御のアクチュエータを使用する必要がある。

　２）受動型装置（passive devices)
　両方の工具ホルダはりについて形状及び量が同様である変形が得られるように、工具ホルダユニットのジオメトリーが設計される。

　特に受動型装置の分野では、はりの変形した輪郭を最適化する拘束システム（constraining system）を備える工具ホルダテーブルが提案されている。特に、下側の工具ホルダユニットが、プレス機の固定支持構造に固定された２本の平行な支持はりと、これら２本の支持はりの間の中央に配置され、固定の軸又は溶接により支持はりに連結された工具ホルダはりとを備え、曲げ荷重の作用下で下側の工具ホルダユニットのはりが上側の工具ホルダはりに対応して変形するように配置されている、曲げプレス機が既に知られている。

　本発明は、工具ホルダはりの一方又は両方のたわみ変形をごく僅かな値に低減することができる曲げプレス機を提供することを目的とする。

　本発明によれば、前記目的は主たる請求項に記載の特徴を有する曲げプレス機により達成される。

　本発明は、
　曲げ力の作用下で実質的に非変形の精密構造（precision structure）と、
　曲げ力を精密構造から曲げプレス機の固定支持構造に伝達し、かつ精密構造から受ける荷重の作用下で実質的に自由に弾性的に変形する反力構造（reaction structure）と、
　精密構造から反力構造に力を伝達することを機能とする弾性手段と
　を備え、アセンブリの形態である曲げプレス機の工具ホルダユニットの少なくとも一方を実現するために提供される。

　本発明に係る工具ホルダユニットは、曲げ工具を支持するようになっている精密構造の変形を、全体としてごく僅かな値に低減することができる。このようなごく僅かな変形は曲げ作業工程で要求される公差の範囲に容易に含まれ得る。たわみ変形は反力構造に集中し、この反力構造の機能は弾性手段を介して精密構造を支持し、かつ曲げ荷重をプレス機の固定支持構造に伝達することにある。

　本明細書の残余の説明からより容易に理解されるように、反力構造の変形は曲げ作業の精度にまったく影響を与えない。

　従って、本発明により、比較的軽量な工具ホルダユニットの寸法設定で、非常に高い曲げ精度が得られる。

　添付図面を参照して、非限定的例としてのみ与えられたものである本発明の実施形態を詳細に説明する。

　図１及び図２を参照すると、参照番号１０は、実質的に「Ｃ」字形状の２以上の丈夫な直立部１１により構成された固定支持構造を備える曲げプレス機を示す。曲げプレス機１０は直立部１１に固定された下側の工具ホルダユニット１２と、上昇位置と降下位置の間で、下側の工具ホルダユニット１２に対して鉛直方向に移動可能な上側の工具ホルダユニット１３を備えている。曲げプレス機１０は直立部１１と上側の工具ホルダユニット１３との間に介装された２以上のアクチュエータ１４を備える。

　本発明によれば、２つの工具ホルダユニット１２，１３の少なくとも一方は、曲げ工具を装着するようになっている精密構造を備え、この精密構造は弾性手段によって反力構造に連結される。概念的には、精密構造は反力構造によって浮いた状態で支持され、曲げ荷重の作用下で反力構造に対して自由に移動することができる。精密構造と反力構造との間の相対移動を許可し、精密構造から反力構造に曲げ力を伝達する機能を有する弾性手段により構成される結束を除いて、精密構造と反力構造との間には結束がない。

　本発明の具体的な実施形態が図３及び図４に概略的に示されている。これらの図は工具ホルダユニット１２，１３の両方が精密構造と反力構造を備え、弾性手段がこれらの構造間に介装されている場合を示すが、工具ホルダユニット１２，１３の一方のみを同様に構築して曲げプレス機を構成することもできる。

　図３及び図４を参照すると、各工具ホルダ１２，１３は、平行かつ互いに間隔をあけて配置された２本のはり１５を備えている。下側工具ホルダユニット１２の場合、反力構造を形成するはり１５は、固定支持構造に固定されている。この固定は、溶接、、嵌め込み接合（restrained joint）、又はねじによりなされる。上側の工具ホルダユニット１３の場合、反力構造を構成するはり１５は、アクチュエータ１４の可動部品１６に固定されている。各工具ホルダユニット１２，１３ははり１５の間に位置するはり１７で構成される精密構造を備えている。各はり１５，１７は、一般に平坦な平行六面体形状である丈夫な金属板により構成される。はり１７ははり１５の間に実質的にサンドイッチ状態で配置されている。

　本発明の変形例としては、精密構造を外側のはり１５で構成し、反力構造を中央のはり１７で構成することもできる。

　精密構造を構成する中央のはり１７は、はり１７の外縁１８に曲げ工具を固定する慣用手段（図示せず。）を備えている。一般に、上側の工具ホルダユニット１３のはり１７はポンチ（punch）を支持するように設計され、下側の工具ホルダユニット１２のはり１７はダイ（die）を支持するように設計されている。

　各工具ホルダユニット１２，１３のはり１７は、単に弾性手段によって２本の横方向のはり１５に連結されている。プレス機の公称曲げ荷重（nominal bending load）の作用下で、横方向のはり１５に対して中央のはり１７の予め定められた大きさの相対移動を許可するために、弾性手段は設定された安定性を有している。

　図面に例として示した実際的な実施形態では、精密構造１７を反力構造１５に連結する弾性手段は、それぞれ好適には図３から図６に示すように構成された複数の弾性装置１９を備えている。各弾性装置１９は、金属材料からなり半円筒状ないしは半円柱状で、それぞれ軸ピン２２が貫通して延びる貫通孔２１を設けたボディ２０を備えている。ボディ２０は軸ピン２２に対して自由に移動することができる。２つの平坦面、すなわち半円筒状のボディ２０の互いに向き合う表面２３の間には、軸ピン２２に対して同軸に位置された弾性要素２４が位置している。弾性要素２４は、好適には皿ばね（Belleville washer）からなる。

　はり１５，１７は、その中に各弾性装置１９が挿入される位置合わせされた孔２５，２６を備えている。図３及び図４に示すように、各弾性装置１９は横方向のはり１５の孔２５と係合する両端部と、中央のはり１７の孔２６と係合する中央部とを有している。

　図１に示すように、各工具ホルダユニット１２，１３は、その長手方向に配置された複数の弾性装置１９を備えている。弾性装置１９の数及び配置は、応用に適するように変更することができる。特に、弾性装置１９は一定又は異なる相対距離をあけて配置することができる。

　図３及び図４を参照すると、中央のはり１７が鉛直方向に荷重を受けると、弾性装置１９が圧縮され、同じ大きさの弾性荷重を横方向のはり１５に伝達する。弾性装置１９の軸ピン２２は、２つの半円筒状のボディ２０間の相対的な接近移動を案内する。

　図７は、精密構造を構成するはり１７の長さＬに沿って均等に分布した曲げ力ｑが作用している、本発明に係る工具ホルダユニットを概略的に示す。反力構造を構成するはり１５は、両端のはり支持体（beam resting）として概略的に示す。図７の表現において、各弾性装置１９は力Ｒを受ける圧縮されたばねとして示している。荷重ｑの作用下では、はり１７は停止状態（rest condition）から量ｆだけ移動する。一般化した弾性装置１９_ｉの剛性を、符号Ｋ_ｉで示す。一般化した弾性装置１９_ｉに対応するはり１５の弾性変形を符号ｄ_ｉで示す。

　弾性装置１９の剛性Ｋ_ｉは互いに異なり、個々の弾性装置１９の弾性反力Ｒが互いに同一となるように決定される。従って、弾性装置１９の数をｎ、はり１７に作用する単位長さ（又は単位荷重）当たりの力をｑとすると、以下の式が得られる。

　各弾性装置１９はｆ−ｄ_ｉと等しい量の力で圧縮される。従って、各弾性装置１９の弾性反力ＲはＲ＝Ｋ_ｉ×（ｆ−ｄ_ｉ）となる。

　各弾性装置１９の剛性Ｋ_ｉは以下のように計算される。

　１）弾性装置１９の数ｎを公称曲げ荷重ｑの関数として選択し、各弾性反力Ｒを以下の関係から計算する。

　２）反力構造１５は、両端が支持され、すべて大きさがＲであるｎ個の力を受けるはりと同様の挙動を示す。反力構造１５の形状及び寸法に応じて、力Ｒが作用する各点に対応する個々の変形ｄ_ｉを決定するための計算がなされる。

　３）変位ｆが最大変形ｄｉよりも大きくなるように、精密はり１７に変位ｆが課される。また、値ｆは停止時（荷重がない場合）における各弾性装置１９の半円筒状のボディ２０間の距離よりも小さくなければならない。

　４）弾性要素１９の剛性は、以下の関係から決定される。

　構造的観点からすると、精密はり１７は、一方側に等分布荷重ｑが作用し、他方側にすべて同一の大きさＲである互いに大きさの等しいｎ個の荷重が作用するはりと同様の挙動を示す。ｎ×Ｒ＝ｑ×Ｌという関係が成立するときには、はりは釣り合い状態にある。精密はり１７は、力Ｒが作用する点間における分布荷重ｑによる微小な弾性変形を除き、実質的に変形しない。この微小な弾性変形は、曲げ加工工程について許容される公差限度の範囲内に容易に含まれ得る。反力構造１５の弾性変形は決して曲げの精度に影響しない。従って、反力構造を構成するはり１５は、ｎ×Ｒの弾性反力の作用下で相当量弾性変形してもよいので、比較的軽量に寸法設定してもよい。

　弾性装置１９に設ける皿ばね２４の数又は寸法を変更することで、弾性装置１９の剛性を異ならせることができる。

　本発明の範囲から離れることなく、ここで記載及び図示した事項に関し、本発明を種々の変形の対象とし得ることは言うまでもない。例えば、技術的又は実施上の理由で、弾性装置１９を不均一な相互距離をあけて配置する必要が生じ得る。この場合、精密はりの個々の区間で変形が異なるが、剛性Ｋ_ｉを適切に再設定（re-dimensioning）することで、結合点がすべて同一量ｆだけ移動する条件が依然として維持される。弾性装置１９間の距離が不均一であると、結合点が異なれば弾性反力Ｒ_ｉが異なり、以下の計算過程が展開される。

　１）結合点間の距離と共に結合点の数を決定し、各反力Ｒ_ｉの値を計算する。

　２）反力はりに反力Ｒ_ｉを作用させ、力Ｒｉの印加される各点に対応した変位ｄ_ｉを計算する。

　３）精密はりの一定変位ｆを課し、この変位ｆは最大変位ｄｉよりも大きく、すなわちｆ＞ｄ_ｍａｘより大きくする。

　４）各弾性要素の剛性は以下の関係から得られる。

　弾性装置１９間の距離が一定でない場合、精密はりの剛性がその長さ方向に一定であれば、当該精密はりの最大たわみは変化することに留意しなければならない。長手方向に精密はりの剛性を適切に変化させることで、長さの異なる区間（bay）での精密はりのたわみ量を等しくすることができる。

本発明に係る曲げプレス機の概略正面図。 図１の線II−IIでの概略断面図。 図２の矢印IIIで示す部分の縮尺を拡大した断面図。 図２の矢印IV−IVで示す部分の縮尺を拡大した断面図。 図１の矢印Vの詳細を縮尺を拡大して示す図。 本発明に係るプレス機で使用される弾性連結装置の概略斜視図。 本発明に係る工具ホルダユニットの作動原理を示す概略図。

符号の説明

　１０　曲げプレス機
　１１　直立部
　１２，１３　工具ホルダユニット
　１４　アクチュエータ
　１５，１７　はり
　１６　可動部品
　１８　外縁
　１９　弾性装置
　２０　ボディ
　２１　貫通孔
　２２　軸ピン
　２３　表面
　２４　弾性要素

Claims (9)

1. 　固定支持構造（１１）と、
   　開放位置と閉鎖位置との間で相対移動可能な第１及び第２の工具ホルダユニット（１２，１３）と、
   　前記工具ホルダユニット（１２，１３）間の相対移動を制御し、前記固定支持構造（１１）と前記工具ホルダユニット（１２，１３）の少なくとも一方との間に曲げ力を加えるアクチュエータ手段（１４）とを備え、
   　前記工具ホルダユニット（１２，１３）の少なくとも一方は、
   　反力構造（１５）と、
   　曲げ工具を支持する精密構造（１７）と、
   　前記精密構造（１７）と前記反力構造（１５）の間に配置され、前記曲げ荷重の作用下で前記反力構造（１５）に対する前記精密構造（１７）の移動を許可し得る弾性手段（１９）と
   　を備えることを特徴とする、曲げプレス機。
2. 　前記工具ホルダユニット（１２，１３）はそれらの長さ方向に沿って配置された複数の弾性装置（１９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の曲げプレス機。
3. 　前記弾性装置（１９）の剛性が互いに異なることを特徴する、請求項２に記載の曲げプレス機。
4. 　前記工具ホルダユニット（１２，１３）は、それらの間に中央はり（１７）が位置する一対の横はり（１５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の曲げプレス機。
5. 　前記中央はり（１７）は複数の弾性装置（１９）により前記横はり（１５）に連結され、各弾性装置（１９）は互いに移動可能であってそれらの間に弾性要素（２４）が配置された２つのボディ（２０）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の曲げプレス機。
6. 　前記弾性装置（１９）は、半円筒形状でそれぞれ互いに向き合う表面（２３）を有する２つのボディを備え、これらのボディが案内軸ピン（２２）によって互いに連結されていることを特徴とする、請求項４に記載の曲げプレス機。
7. 　前記弾性要素（２４）は前記案内軸ピン（２２）に対して同軸に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の曲げプレス機。
8. 　前記弾性要素は複数の皿ばね（２４）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の曲げプレス機。
9. 　前記弾性装置（１９）は、前記横はり（１５）の２つの位置合わせされた孔（２５）と係合する両端部と、前記中央はり（１７）の孔（２６）と係合する中央部とをそれぞれ有することを特徴とする、請求項８に記載の曲げプレス機。
   

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